Тема 7.4. Конструкция пролетных строений со сквозными балочными фермами.

7.4.1 Основные виды решетчатых ферм металлических балочных пролетных строений.

  Для перекрытия пролетов, превышающих 50-60 м, сквозные фермы обычно требуют меньшей затраты металла, чем балки со сплошной стенкой, однако изготовление и сборка сквозных ферм сложнее и дороже, чем сплошных балок, поэтому пролетные строения со сквозными фермами экономически целесообразны для пролетов более 60-80 м, преимущественно в мостах с ездой понизу.

    В автодорожных мостах металлические пролетные строения со сквозными фермами в большинстве случаев устраивают балочно-разрезной или балочно-неразрезной системы. Реже применяют консольные пролетные строения.

Рис.149. Схемы пролетных строений с балочными фермами

1 - жесткий нижний пояс; 2 - поперечные балки проезжей части.

Главные фермы мостов с ездой поверху, как правило, делают с параллельными поясами и треугольной решеткой. Фермы с параллельными поясами просты по конструкции, имеют одинаковые длины элементы поясов и решетки, а также однотипные узловые соединения. Высоту h разрезных ферм (рис.149, а) автодорожных мостов с ездой поверху принимают в пределах , а неразрезных (рис.149, б) до  от пролета . Лишь при пролетах более 80-100 м в неразрезных пролетных строениях целесообразно увеличивать высоту ферм над промежуточными опорами на 20-50% по отношению к их высоте в пролетах.

Рис.150. Схемы пролетных строений с балочными фермами

1 - жесткий нижний пояс; 2 - поперечные балки проезжей части; 3 - усилия, передаваемые поперечными балками главным фермам.

Главные фермы пролетных строений с ездой понизу при пролетах до 80-100 м имеют параллельные пояса (рис.149, в, г). При больших пролетах для экономии металла выгоднее увеличивать высоту главных ферм к середине пролета, придавая верхнему поясу полигональное очертание (рис.150, а). Если при этом расположить узлы верхнего пояса по круговой кривой, то его элементы можно сделать равными по длине S с одинаковыми углами перелома в узлах, что упрощает изготовление конструкции.

Решетка главных ферм в современных автодорожных мостах обычно треугольная, которая, как правило, экономичнее ранее применявшейся раскосной. Треугольная решетка может иметь дополнительные стойки (см. рис.149, в). Стойки, примыкающие к верхнему поясу, служат для уменьшения свободной длины его элементов, работающих на сжатие, а примыкающие к нижнему поясу (подвески) уменьшают длину панели проезжей части. Нагрузку на сквозные фермы обычно передают в их узлах. В этом случае все элементы работают на продольные усилия. Тогда для поддержания конструкции проезжей части устраивают поперечные балки, опирающиеся в узлах главных ферм (см. рис.149, в, и 150, б), и панель проезжей части  оказывается равной панели  главных ферм. Однако наивыгоднейшая длина панели проезжей части  обычно значительно меньше панели главных ферм. Если расположить поперечные балки проезжей части с наивыгоднейшим для нее шагом  (см. рис.150, а), то опорные давления поперечных балок, попадая в пределы длины панелей главных ферм, вызовут поперечный изгиб пояса. В этом случае необходимо значительное увеличение момента инерции его сечения в вертикальной плоскости и пояс тогда будет жестким (см. рис.149, г и 150 а-в). Фермы с жестким поясом дают возможность применять как в главных фермах, так и в проезжей части наивыгоднейшие длины панелей. Наличие жесткого нижнего пояса облегчает установку пролетного строения продольной надвижкой при строительстве моста.

Схему решетки главных ферм пролетных строений выбирают по соображениям экономическим (наименьшие масса и стоимость), производственным (удобство изготовления и монтажа) и архитектурным (внешний вид моста).

1-раскосная с восходящими раскосами, 2-раскосная с нисходящими раскосами, 3,4-треугольные, 5-многораскосная, 6-многорешетчатая, 7-полураскосная, 8-11 – ромбические, 12-треугольная шпренгельная.

К основным размерам ферм, влияющим на технические и экономические характеристики пролетных строений, относятся пролет, высота, длина панели, угол наклона раскосов, расстояние между осями ферм.

Типовые проекты металлических пролетных строений должны отвечать следующим основным требованиям:

· Минимальный расход металла;

· Минимальная трудоемкость изготовления;

· Минимальные трудоемкость и продолжительность монтажа;

· Минимальные эксплуатационные расходы при полном обеспечении прочности, устойчивости, выносливости, жесткости, надежности и долговечности конструкции.

7.4.2 Крепление элементов в узловом соединении.

  Сквозные металлические фермы в недалеком прошлом были целиком клепаными. В настоящее время их изготавливают, как правило, из сварных элементов с монтажными стыковыми соединениями и прикреплениями на заклепках или высокопрочных болтах. Применение сварки для монтажных соединений в сквозных фермах сильно затруднено из-за сложности прикреплений элементов в узлах и сопряжений, делающей практически невозможной сварку автоматами и обеспечение высокого качества швов.

Требования к креплению элементов в узловом соединении заключаются в следующем:

1.Оси элементов, сходящихся в узле, должны пересекаться в одной точке-центре узла;

2.Каждый элемент прикрепляется достаточным по расчету числом заклепок или фрикционных болтов;

3.Прочность прикрепления элемента или его стыка должна превышать прочность самого элемента (по его расчетному поперечному сечению) не менее чем на 11%;

4.Заклепки и фрикционные болты следует размещать так, чтобы центр тяжести площадей поперечных сечений группы заклепок (фрикционных болтов) в центре прикрепления был по возможности на оси элемента;

5.Прочность узловых фасонных листов и накладок по любому разрезу должна превышать прочность присоединяемых элементов не менее чем на 11%;

6.В конструкциях узлов не следует допускать мест, где могли бы скапливаться вода и грязь, узких щелей, замкнутых пространств, а также трудно окрашивающих мест:

7.Фасонным листам надо придавать возможно меньшие размеры и возможно более простое очертание, в частности следует избегать входящих > 180º углов в фасонках;

8.Конструкция узла должна быть удобна для изготовления пролетного строения на заводе, для его перевозки, сборки и клепки (или постановки фрикционных узлов).

1-на фасонках-накладках; 2-на фасонках-вставках 3-на фасонках-приставках 4-дополнительная затрата металла

7.4.3 Виды и назначение связей.

  Главные фермы при езде по низу соединяют, как правило, верхними и нижними продольными связями. В пролетных строениях с ездой поверху верхние продольные связи можно не устраивать, если они не нужны по условиям монтажа, ограничившись лишь постановкой между фермами распорок, входящих в состав поперечных связей. Варианты решеток продольных связей между фермами следующие: крестовая, треугольная, ромбическая, полураскосная, крестовая на две панели.

Для пространственной неизменяемости балочного металлического пролетного строения достаточно устроить продольные связи поверху и понизу вдоль поясов главных балок (ферм) и поперечные на обоих торцах пролетного строения (рис.151, а).

Рис.151. Схемы расположения связей в балочных пролетных строениях

1 - главная балка или ферма; 2 - верхние продольные связи; 3 - нижние продольные связи; 4 - опорные поперечные связи; 5 - промежуточные поперечные связи.

В пролетных строениях, имеющих несколько главных балок (ферм), их обычно соединяют продольными связями попарно (рис.151, б), а чтобы улучшить распределение временной нагрузки между главными балками (фермами), устраивают еще промежуточные поперечные связи. Продольные связи можно сделать только в уровне одного из поясов, но тогда необходимы часто расположенные поперечные связи, способные закрепить в боковом направлении узлы другого пояса, не имеющие продольных связей (см. рис.151, б). Если пролетное строение имеет железобетонную плиту проезжей части, объединенную с главными балками, то верхних связей можно не делать, если только они не требуются при монтаже конструкции.

Поперечные связи применяются в основном для увеличения поперечной (крутильной) жесткости пролетных строений. Для них применяют геометрически неизменяемую решетку.

Опорные рамы или порталы устраивают в пролетных строениях для обеспечения пространственной неизменяемости пролетного строения и передачи ветровых усилий с верхних продольных связей на опоры. По схемам расположения опорные рамы (рис.152) подразделяются на: 1- в плоскости первого восходящего раскоса, 2- в плоскости опорных стоек, 3- в плоскости первой подвески:

Рис.152. Опорные рамы.

Тормозные рамы передают тормозные усилия от проезжей части на узлы ферм и далее на опоры. Их лучше устраивать посередине пролета, а при наличии разрывов продольных балок – посередине участка пролетного строения между разрывами продольных балок.

7.4.4 Типы опорных частей.

  #G0 Балочные железобетонные пролетные строения опираются на опоры при помощи опорных частей.

Опорная часть - элемент моста, передающий опорные давления пролетного строения на опоры и обеспечивающий угловые и линейные либо только угловые перемещения пролетного строения.

Опорная часть устанавливается на подферменную площадку, устраиваемую на насадке (ригеле) или оголовке массивной опоры.

  Опорные части должны обеспечивать закрепление пролетного строения на опорах и, вместе с тем, позволять ему свободно деформироваться при действии временной нагрузки и изменениях температуры.

  Для этого разрезные и неразрезные пролетные строения опирают следующим образом:

 

 

#G0Вид опорной части	Наименование	Область применения
Плоская опорная часть
	из металлических листов 1 - стальные листы; 2 - арматурные стержни	Для плитных, ребристых пролетных строений с пролетом до 12 м
Валковая опорная часть
	подвижная опорная часть, передающая опорное давление через один или несколько валков, расположенных между верхней и нижней опорными плитами	При пролетах 9-18 м. При установке балок на опорные части необходимо следить за тем, чтобы положение валков (катков) (наклон их относительно вертикальной оси) соответствовал температуре наружного воздуха на момент установки